基于近似模型的高速列车头型多目标优化设计

为改善高速列车气动性能,建立一套高效的多目标气动优化设计方法,对流线型头型进行多目标气动优化设计。建立高速列车流线型头型三维参数化模型,并提取5个优化设计变量;为减少优化设计时间,利用最优拉丁超立方设计方法在优化设计空间中进行均匀采样,利用计算流体力学方法获得对应于各个采样点的气动载荷,利用Kriging代理模型构建优化设计变量和气动载荷之间的近似模型;利用多体系统动力学方法计算气动载荷作用下的高速列车轮重减载率;以气动阻力和轮重减载率为优化目标,利用多目标遗传算法NSGA-II对高速列车流线型头型进行多目标优化。优化设计变量和优化目标均呈现收敛的趋势,采用Kriging近似模型优化计算的Pareto前沿与采用CFD（Computational fluid dynamics,CFD）优化计算的Pareto前沿较为接近。优化后高速列车的气动阻力最多可降低3.27%,轮重减载率最多可降低1.44%,气动阻力最优的头型与轮重减载率最优的头型的主要差异在于中部辅助控制线的变化,前者向内凹,后者则向外凸。     

造型设计阶段汽车气动特性优化

考虑到在汽车工程设计阶段优化气动性能的复杂性,本文选择在造型设计阶段对其进行气动性能优化。首先以整车模型中面云图验证二维纵向对称面模型CFD仿真分析的有效性,建立车身纵向对称面参数化模型。然后选取对仿真结果影响显著的结构参数作为设计变量,通过CFD计算得出单个变量以及耦合变量对轿车气动特性的影响规律,利用基于薄板样条插值函数的高维模型构建设计变量与目标函数之间的近似模型。最后,基于近似模型进行多目标优化,并依此建立造型设计阶段轿车气动特性优化参考数据库。     

三维涡轮叶片气动优化方法的研究

提出一种进行三维涡轮叶片气动优化的多目标多约束方法.根据五次多项式方法进行三维涡轮叶片的参数化建模,采用N-S(Navier-Stokes)方程和湍流模型进行三维流场分析计算,K-S(Kreisselmeier-Steinhauser)函数法作为优化方法,利用近似技术加速循环优化速度,以气动效率和总压比为目标函数,对涡轮叶片进行多目标气动优化、形状优化.算例表明,使用该方法能使涡轮叶片的性能得到明显改善,证明提出的优化方法可行有效.     

高速列车头型气动外形关键结构参数优化设计*

降低列车运行阻力和气动噪声是提升高速列车速度能力和环境适应性的有效手段。针对气动阻力、气动噪声这两项优化目标,利用Isight软件建立了集参数化驱动建模、计算网格划分、气动计算、优化分析等步骤的高速列车新头型气动性能自动优化设计流程,运用基于多目标遗传算法NSGA-II的优化设计方法,对鼻尖高度、排障器前端伸缩量、转向架区域挡板倾角等关键设计变量进行了优化设计以及与气动阻力和气动噪声的相关性分析,在此基础上提出了综合性能较佳的新头型气动外形。通过计算结果可知,① 鼻尖高度对整车阻力和头车表面最大声功率均为正相关关系;② 转向架区域隔墙倾角对整车阻力和头车表面最大声功率影响的相关性最大;③ 通过优化转向架区域隔墙倾角可有效降低该处气动噪声的表面声功率。     

神经网络在风力机翼型气动性能优化中的应用

针对风力机翼型优化计算量大的问题,提出了一种基于计算流体力学和神经网络气动性能近似计算的翼型优化方法。首先根据茹科夫斯基翼型理论构造了翼型参数化表达方法,以多工况条件下的翼型气动性能为目标函数,选取翼型表达式中的12个参数为设计变量,建立了翼型气动性能优化模型。然后用优化拉丁方采样方法获得翼型样本设计空间,通过计算流体力学方法获取每个样本的气动性能,利用神经网络对样本集进行非线性拟合,构建神经网络翼型气动性能近似计算模型。遗传算法在寻优时,用近似计算模型代替耗时的流场计算,最终得到最优解。并通过此方法对FFAW3-301翼型进行优化,优化后翼型具有更佳的气动性能,优化结果表明此优化方法具有可行性。     

基于多属性决策的气动隐身多目标优化

针对多目标优化结果排序与选择的多属性决策(Multi-attribute decision making,MADM)问题,将多目标优化与MADM相结合,提出基于MADM的多目标优化方法,并将该方法应用于跨声速前掠翼(Forward-swept wing,FSW)气动隐身多目标优化中,优化结果提高了跨声速FSW的气动和隐身性能。采用类别形状函数变换法(Class-shape function transformation,CST)方法对翼型几何外形进行描述,实现FSW气动和隐身多学科优化设计模型的参数化描述。建立基于N-S方程的计算流体力学方法的FSW气动分析模型和基于矩量法的计算电磁学方法的FSW隐身分析模型。将Pareto多目标遗传算法得到的Pareto非劣解集构成MADM矩阵,采用基于模糊熵权的改进的逼近理想解的排序法(Modified technique for order preference by similarity to ideal solution,M-TOPSIS)方案评价方法进行Pareto非劣解排序,最终确定最佳的Pareto非劣解。研究结果验证了所提出方法的有效性,为多目标优化问题提供了一种新的解决途径。     

低雷诺数旋翼翼型气动性能多目标优化

根据旋翼在低雷诺数下的气动特点,发展了一种基于遗传算法的低雷诺数旋翼翼型多目标优化设计方法。采用Hicks-Henne函数对翼型进行参数化处理。根据实际工况,建立旋翼翼型气动优化的数学模型。使用遗传算子与目标函数自适应方法,解决了翼型集在优化后期无法持续优化的问题。以NACA0012作为优化基准翼型,在满足预定约束的情况下,优化后的翼型相比基准翼型气动性能有较大幅度提高,符合预定的优化目标。     

风力机专用翼型综合优化设计方法

为了得到拥有优良气动特性且低噪声水平的风力机专用翼型的轮廓线,提出了翼型多工况点多目标综合优化设计方法。该方法应用Bezier曲线对翼型的轮廓线进行参数化表达,并推导出由翼型离散数据点反求Bezier曲线控制点的一般方程。基于翼型噪声预测半经验模型,采用XFOIL计算翼型的气动性能,结合遗传优化算法得到优化翼型。以美国NREL风力机翼型S834为初始翼型,对多工况多目标权重分配方案进行综合设计。研究表明,相对于初始翼型,优化翼型在主攻角范围具有更好的气动性能和声学性能。     

兆瓦级风力机翼型多目标优化设计和研究

随着风电发电技术的不断发展,对风力机的各项性能要求越来越高,气动噪声问题已成为风电行业研究的关键方向。以提高叶片的气动性能和降低噪声为设计目标,基于改进的Hicks-Henne型函数优化翼型结构方程,并结合多目标粒子群优化算法,对S8035翼型进行优化设计;利用Xfoil软件对优化后的翼型进行评估计算,并对其气动噪声和流动特性进行模拟仿真。分析结果表明优化后的叶片具有更好的气动特性和更低的噪声特性,验证了该设计方法的可行性。     

横风下高速列车流线型头型多目标气动优化设计

为改善高速列车的横风气动性能,建立高速列车流线型头型的多目标优化设计方法,以横风下高速列车的侧力和升力为优化目标,对高速列车流线型头型进行多目标自动优化设计。建立高速列车流线型头型的参数化模型,提取出5个优化设计变量,利用计算流体动力学方法进行高速列车流场计算,并结合多目标遗传算法,实现横风下高速列车流线型头型的自动寻优设计。通过相关性分析,得到影响侧力和升力的关键优化设计变量,并进一步研究关键优化设计变量和优化目标之间的非线性关系。经过多目标优化设计,获得一系列的Pareto最优头型,这些头型的横风气动性能均得到明显改善。同时为保证无风环境下高速列车的基本气动性能不发生恶化,最终筛选出8个Pareto最优头型。对于这8个Pareto最优头型,相对于原始头型来说,横风下的侧力最多可降低3.06%,横风下的升力最多可降低19.60%,无风时的气动阻力最多可降低4.51%,无风时的气动升力最多可降低9.68%。     

电机前置式纺机风机设计的探讨

将优化设计应用于电机前置式纺机风机的气动设计,参照高效气动模型进行叶轮结构参数的确定。按此方法设计的电机前置式纺机风机的流量、全压、静压、效率、功率等气动性能满足了纺织工艺的新需求。     

叶片式气动马达轴向间隙的优化设计

轴向间隙影响着叶片式气动马达的容积效率和机械效率。本文利用优化设计原理确定叶片式气动马达的最优轴向间隙。     

缸筒内径对油气弹簧阀系参数设计的影响

利用车辆单轮簧上质量和最佳阻尼比系数，得到油气弹簧开阀压力。利用开阀压力与阀片变形以及流量之间关系，建立油气弹簧阀系参数解析设计公式，对阀系参数进行解析设计。通过对缸简内径对阀系设计参数的影响进行定量分析，建立了阀片厚度和节流缝隙影响系数，利用该系数可对阀系参数进行推算设计。通过实例，对阀系参数进行了解析设计与影响系数推算设计，并对2种方法设计值进行了比较，对阀系设计参数进行校核，对所设计油气弹簧进行了特性试验。设计和试验结果表明，阀系参数解析设计方法是准确的，影响系数推算设计方法是可靠的，对油气弹簧设计开发具有重要参考价值。     

Advances in Valveless Piezoelectric Pump with Cone-shaped Tubes

This paper reviews the development of valveless piezoelectric pump with cone-shaped tube chronologically, which have widely potential application in biomedicine and micro-electro-mechanical systems because of its novel principles and deduces the research direction in the future. Firstly, the history of valveless piezoelectric pumps with cone-shaped tubes is reviewed and these pumps are classified into the following types: single pump with solid structure or plane structure, and combined pump with parallel structure or series structure. Furthermore, the function of each type of cone-shaped tubes and pump structures are analyzed, and new directions of potential expansion of valveless piezoelectric pumps with cone-shaped tubes are summarized and deduced. The historical argument, which is provided by the literatures, that for a valveless piezoelectric pump with cone-shaped tubes, cone angle determines the flow resistance and the flow resistance determines the flow direction. The argument is discussed in the reviewed pumps one by one, and proved to be convincing. Finally, it is deduced that bionics is pivotal in the development of valveless piezoelectric pump with cone-shaped tubes from the perspective of evolution of biological structure. This paper summarizes the current valveless piezoelectric pumps with cone-shaped tubes and points out the future development, which may provide guidance for the research of piezoelectric actuators.     

不锈钢壳体焊接机器人工作站

依据生产实例介绍了机器人焊接工作站的设计方法;并详细例举了薄不锈钢板焊接工作站的工位布局、工作站夹具设计原理;最后简要介绍了工作站的电控系统和气动控制系统。     

铆合机气液控制系统的设计和应用

介绍铆合机气液控制系统的设计方案。以压缩空气为动力源,采用气动回路进行控制,选择气液增压缸作为执行元件,利用气压传动和液压传动的优点,既满足铆合机出力大的实际需要,又保证设备结构简单紧凑。     

智能阀门定位器控制系统设计

对气动位置系统的嵌的工作原理、硬件构成和软件入式控制进行研究，介绍了其原理，并详细阐述一种气动阀门定位器智能控制系统设计。     

螺旋气力取料机的工作原理及试验研究

介绍了一种新型的散货取料装置一螺旋气力取料机,它应用螺旋输送和气力输送原理,采用吸送式气力取料和垂直螺旋输送与分离相结合的形式,具有连续取料能力优良、清仓量极低、空气除尘量较小等优点,能够适应各类连续卸船机机型、船型及货物,将成为各种散货连续卸船机的首选取料装置。     

气动搬运机械手的机械结构设计思考

主要针对气动搬运机械手的设计进行研究,首先对气动搬运机械手的设计方案进行了概述,然后分别详细阐述了气动搬运机械手手部结构的设计、气动搬运机械手的手腕结构设计,最后分析介绍了气压系统的设计,以起到推动气动搬运机械手发展的作用。     

DN80三通气动球阀设计

分析了三通气动球阀的用途、工作原理及结构说明,并详细介绍了DN80三通气动球阀的设计计算过程。